Los agujeros negros tragan toda la luz y por lo tanto son invisibles. Afortunadamente, lo que suena admirable es un poco diferente para los astrónomos en la práctica, dado que los agujeros negros están rodeados por discos de gas incandescente y, por lo tanto, resaltan en el fondo oscuro, similar a un gato negro en un sofá blanco. Y así, por primera vez, el Telescopio Evento Horizon ha logrado fotografiar un agujero negro.
Esta red mundial de ocho radiotelescopios terrestres se dirigió a la galaxia Messier 87, a unos 55 millones de años luz de distancia. Investigadores del Instituto Max Planck de Radioastronomía y del Instituto de Radioastronomía en el Rango Milimétrico (IRAM) también están involucrados en la observación.
En abril de 2017, los científicos conectaron ocho telescopios en todo el mundo por primera vez, formando un telescopio virtual cuya apertura estaba cerca del diámetro de la Tierra. Interferometría de base ancha (VLBI) es el nombre que se le da a esta técnica, en la cual las señales de las antenas individuales se superponen, por así decirlo. Esta sincronización se realiza con la ayuda de relojes atómicos de alta precisión al nanosegundo. Puede alcanzar una resolución angular extrema de menos de 20 microsegundos de arco; si nuestros ojos tuvieran tal capacidad, podríamos ver las moléculas individuales en nuestras manos.
Entre otros, el llamado Event Horizon Telescope (EHT) incluyó el espejo de 30 metros de IRAM en España y el telescopio APEX en Chile, en el que participa el Instituto Max Planck de Radioastronomía. En total, los telescopios registraron aproximadamente cuatro petabytes de datos solo en las observaciones de 2017, tanto que enviarlos por correo es en realidad más rápido y más efectivo que enviar los datos a través de Internet. Los datos medidos se calibraron y evaluaron en el Instituto Max Planck de Radioastronomía en Bonn utilizando un supercomputador, el correlador.
«Los resultados nos dan una visión clara de un agujero negro supermasivo por primera vez y marcan un hito importante en nuestra comprensión de los procesos fundamentales que rigen la formación y evolución de las galaxias en el universo», dice Anton Zensus, director del Instituto Max Planck en Bonn y presidente del Consejo de Colaboración EHT. Cabe señalar que en este proyecto, las observaciones astronómicas y la interpretación teórica habrían llevado al resultado ansiado más rápido de lo esperado.
En palabras del Director de IRAM Karl Schuster, el éxito se basa en décadas de experiencia europea en astronomía milimétrica: «Ya en la década de 1990, el Instituto Max Planck en Bonn y nuestro instituto han demostrado con sus dos observatorios que, técnica y científicamente hablando, tenemos un método único con observaciones de radio de alta resolución para analizar el entorno inmediato de los agujeros negros supermasivos». IRAM, una instalación cofinanciada por la Sociedad Max Planck, participó activamente en la campaña con el telescopio de 30 metros. Este telescopio, con su ubicación en Europa y su extraordinaria sensibilidad, desempeñó un papel crucial en el éxito de la observación de EHT.
El corazón de la galaxia supermasiva M 87 tiene dos propiedades especiales que lo hacen un candidato adecuado para el proyecto; es muy visible debido a su tamaño inusual y su proximidad a la tierra y, por lo tanto, un objeto de estudio perfecto para los científicos quienes, con la red de telescopios de alcance mundial, finalmente tienen un instrumento para observar directamente un objeto tan misterioso.
Las regiones alrededor de los agujeros negros supermasivos están expuestas a las condiciones más extremas que conocemos en el espacio. Los agujeros negros son objetos cósmicos fascinantes que abarcan una masa total increíble en un espacio pequeño. Su masa y, por lo tanto, su atracción son tan grandes que incluso la luz no puede escapar de ellos. Por lo tanto, permanecen negros, y es imposible percibirlos directamente.
La única posibilidad de ver agujeros negros es proyectar su «sombra». Esto es causado por la difracción extremadamente fuerte de la luz, y justo antes de que desaparezca irrevocablemente en el agujero negro. Las observaciones de radio de alta resolución en el rango de ondas milimétricas permiten a los astrónomos penetrar sin ser molestados desde densas nubes de polvo y gas hasta los bordes de los agujeros negros.
La imagen publicada recientemente se obtuvo a una longitud de onda de 1,3 milímetros y muestra claramente una estructura anular con una región central oscura, solo la sombra del agujero negro. Alrededor de este objeto masivo y compacto se mueve a altas velocidades un plasma de gas caliente. La estructura en forma de anillo en la imagen no es más que la materia calentada alrededor del monstruo de masas, cuya luz se redirige y amplifica por sí misma como a través de una lente. Después de un viaje de aproximadamente 55 millones de años luz, se encuentra con los telescopios de la red EHT.
El lugar de origen, M 87, es una galaxia gigante elíptica cerca del centro del cúmulo de galaxias Virgo. Charles Messier ingresó el objeto número 87 en su catálogo en 1781. La galaxia también es conocida como una poderosa y altamente activa fuente de radio llamada Virgo A. Desde su núcleo, se disparan al menos 5000 años luz de materia de chorro, que se acelera en el disco de acreción del agujero negro en el centro y fluye en forma de rayo fuertemente enfocado perpendicular a este disco a alta velocidad.
La sombra les dice mucho a los investigadores sobre la naturaleza de la maquinaria central y les permite determinar con precisión la enorme masa del agujero negro de M 87. Se trata de 6.5 mil millones de masas solares. Este valor coincide bien con el obtenido en otras observaciones.
«Durante muchas décadas, solo pudimos probar los agujeros negros indirectamente», dice Michael Kramer, Director del Instituto Max Planck de Radioastronomía. Luego, hace unos años, los detectores midieron las ondas gravitacionales por primera vez, haciendo que los efectos de los agujeros negros en el sonido del espacio-tiempo se fusionaran. «Ahora, finalmente podemos verlos y tener la oportunidad de explorar estos objetos exóticos y su extrema curvatura espacio-tiempo con toda su fascinación de una manera única», dice el científico, uno de los directores ejecutivos de BlackHoleCam. Este proyecto forma parte del EHT, que incluye alrededor de 200 investigadores.
Las observaciones continúan. Desde finales de 2018, NOEMA, el segundo observatorio IRAM en los Alpes franceses, también ha sido parte de la red mundial. Con sus doce antenas altamente sensibles, este observatorio será el más poderoso de la EHT en el hemisferio norte. «Gracias a NOEMA, podremos pasar a un nuevo rango de sensibilidad y, por lo tanto, obtener información aún más fascinante», dice Karl Schuster.
Para Anton Zensus, el éxito significa un punto de inflexión en la astronomía. «En el futuro, los investigadores que van mucho más allá de nuestro campo de trabajo recordarán claramente un momento antes y después de este descubrimiento», dice el Director de Max Planck. En su opinión, los astrónomos comprenderán mejor los centros galácticos y obtendrán una imagen completa de la formación y evolución de las galaxias activas. Además, la teoría general de la relatividad se someterá a la prueba de ácido. «Debido a que los agujeros negros son un laboratorio ideal para mediciones bajo gravedad». (HOR / NJ / ZA)
Traducción del alemán por Sofía Yunga
